Nghiên cứu áp dụng mô hình hec ressim tính toán điều tiết lũ hệ thống ba hồ chứa lai châu, sơn la, hoà bình trên lưu vực sông đà

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI KHOA KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN HỌ VÀ TÊN NGƯỜI THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NGUYỄN THỊ THOA TÊN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG MÔ

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

KHOA KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN

HỌ VÀ TÊN NGƯỜI THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

NGUYỄN THỊ THOA

TÊN ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG MÔ HÌNH HEC RESSIM TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ HỆ THỐNG BA HỒ CHỨA

LAI CHÂU, SƠN LA, HOÀ BÌNH TRÊN LƯU VỰC SÔNG ĐÀ

ĐỒ ÁN KHÓA ĐH1T

Ngành: Thủy văn

Hà nội - 2015

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

KHOA KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN

HỌ VÀ TÊN NGƯỜI THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

NGUYỄN THỊ THOA

TÊN ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG MÔ HÌNH HEC RESSIM TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ HỆ THỐNG BA HỒ CHỨA

LAI CHÂU, SƠN LA, HOÀ BÌNH TRÊN LƯU VỰC SÔNG ĐÀ

ĐỒ ÁN KHÓA ĐH1T

Ngành: Thủy văn

NGƯỜI HƯỚNG DẪN

TS PHẠM VĂN TUẤN

Hà nội - 2015

LỜI CẢM ƠN

Tr ải qua 10 tuần làm đồ án tốt nghiệp, với sự giúp đỡ tận tình của các thầy

c ủa bản thân em đã hoàn thành đồ án “ Nghiên cứu áp dụng mô hình HEC RESSIM tính toán điều tiết lũ hệ thống ba hồ chứa Lai Châu, Sơn La, Hoà Bình.”

Cu ối cùng em xin chân thành cảm ơn gia đình bạn bè, đã luôn chia sẻ, giúp

đỡ, động viên cổ vũ và trợ giúp em trong thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp

nhi ều cố gắng nhưng đồ án không tránh khỏi còn những hạn chế và thiếu sót Vì

v ậy, em rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo quý báu của thầy cô và các bạn

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

2.1 Mục tiêu chung 2

2.2 Mục tiêu cụ thể 2

3 Thời gian, đối tượng phạm vi nghiên cứu 2

4 Phương pháp luận và phương pháp nghiên cứu 2

5 Nội dung nghiên cứu 2

CHƯƠNG 1: ĐIỀU KIỆN ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN, KINH TẾ - XÃ HỘI LƯU VỰC SÔNG ĐÀ 3

1.1 Điều kiện địa lý tự nhiên 3

1.1.1 Vị trí địa lý 3

1.1.2 Địa hình, địa mạo 4

1.1.3.Địa chất, thổ nhưỡng 5

1.1.4 Thực vật 5

1.1.5 Điều kiện khí hậu 7

1.1.6 Mạng lưới sông suối 12

1.1.7 Mạng lưới trạm khí tượng thuỷ văn 13

1.1.8 Tình hình quan trắc và chất lượng tài liệu 14

1.1.9 Đặc trưng thuỷ văn 16

1.1.10 Đặc điểm dân sinh kinh tế 16

1.2 Hệ thống hồ chứa lưu vực sông Đà 18

1.2.1 Hồ Lai Châu 18

1.2.2 Hồ Sơn La 20

1.2.3 Hồ Hòa Bình 21

Chương 2: TÍNH TOÁN XỬ LÝ SỐ LIỆU ĐẦU VÀO CHO MÔ HÌNH 22

HEC RESSIM 22

2.1 Giới thiệu mô hình Hec Ressim 22

2.2 Mục đích 22

2.3 Nguyên lý 22

2.4 Cấu trúc mô hình 23

2.5 Các bước sử dụng mô hình: 25

2.5.1 Môđun thiết lập lưu vực (Watershed setup) 25

2.5.2 Môđun mạng lưới hồ (Reservoir nework) 27

2.5.3 Môđun mô phỏng (Simulation) 29

2.5.4 Tạo cơ sở dữ liệu DSS file 29

2.5.5 Xem, ghi, in ấn kết quả 30

2.6 Tính toán xử lý số liệu làm đầu vào cho mô hình HEC RESSIM 30

2.6.1 Cơ sở lý thuyết mô hình MIKE NAM 30

2.6.2 Hiệu chỉnh các thông số của mô hình 34

2.6.3 Những điều kiện ban đầu 35

2.6.4 Chỉ tiêu đánh giá kết quả hiệu chỉnh và kiểm định 35

2.7 Ứng dụng mô hình MIKE- NAM làm đầu vào cho mô hình HEC RESSIM 36 2.7.1 Xác định và tính diện các tiểu lưu vực khu vực nghiên cứu 36

2.7.2 Xác định trọng số các trạm mưa trong lưu vực 38

2.7.3 Hiệu chỉnh mô hình 39

2.7.4 Kết quả xác định bộ thông số mô hình MIKE- NAM 41

2.7.5 Kiểm định bộ thông số mô hình MIKE- NAM 46

Chương 3: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH HEC-RESSIM TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ HỆ THỐNG HỒ CHỨA LƯU VỰC SÔNG ĐÀ 52

3.1 Sơ lược mạng lưới các trạm dùng trong tính toán điều tiết 52

3.2 Phân tích số liệu đầu vào 52

3.3 Đánh giá số liệu đầu vào 53

3.4 Hiệu chỉnh mô hình HEC RESSIM tính hệ số Muskingum 53

3.5 Áp dụng mô hình Hec Ressim điều tiết ba hồ chứa Lai Châu, Sơn La, Hoà Bình 56

3.5.1 Thiết lập mạng lưới sông Đà khi có ba hồ chứa 56

3.5.2 Số liệu đầu vào 57

3.5.3 Quy trình vận hành liên hồ chứa Lai Châu, Sơn La, Hoà Bình 57

3.5.4 Kết quả điều tiết liên hồ chứa 59

3.6 Kịch bản điều tiết lũ ứng với tần suất lũ thiết kế thuỷ điện Lai Châu 63

3.6.1 Tiêu chuẩn tính lũ thiết kế 63

3.6.2 Tính toán lưu lượng đỉnh lũ thiết kế 63

3.6.3 Kịch bản lũ tần suất thiết kế P=0.1% 66

3.6.4 Kết quả điều tiết liên hồ chứa kịch bản P= 0.1% 67

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 70

TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT

MNDBT: Mực nước dâng bình thường

MNTL: Mực nước trước lũ

NMTĐ: Nhà máy thuỷ điện

QTVH: Quy trình vận hành

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Đặc trưng nhiệt độ không khí tháng và năm 8

Bảng 1.2 Độ ẩm tuyệt đối của không khí các trạm 9

Bảng 1.3: Lượng mưa tháng, năm tại các trạm đại biểu lưu vực sông Đà (mm) 10

Bảng 1.4: Tốc độ gió lớn nhất theo tần suất tại các trạm khí tượng (m/s) 11

Bảng 1.5 : Lượng bốc hơi (Piche) các trạm đại biểu trên lưu vực sông Đà (mm) 12

Bảng 1.6: Các sông nhánh cấp 1 chính của của sông Đà trên lãnh thổ 12

Bảng 1.7: Danh sách các trạm khí tượng điện báo mưa trên sông Đà 1

Bảng 1.8: Danh sách các trạm thủy văn trên lưu vực sông Đà 2

Bảng 1.9: Diện tích và dân số một số tỉnh Tây Bắc 17

Bảng 1.10 : Cơ cấu kinh tế theo GDP vùng Tây Bắc giai đoạn 2001 - 2007 (%) 18

Bảng 2.2 Trọng số các trạm đo mưa trên lưu vực sông Dà 39

Bảng 2.3: Danh sách các trạm thủy văn trên lưu vực sông Đà dùng để hiệu chỉnh và kiểm định bộ thông số mô hình 40

Bảng 2.4: Số liệu sử dụng để hiệu chỉnh và kiểm định 40

Bảng 2.5: Lưu vực dùng cần hiệu chỉnh và kiểm định bộ thông số trong mô hình 41

Bảng 2.6: Bộ thông số mô hình của lưu vực Nậm Giàng 41

Bảng 2.7: Kết quả mô phỏng tại trạm Nậm Giàng 42

Bảng 2.8: Bộ thông số mô hình của lưu vực Bản Củng 43

Bảng 2.9 Kết quả mô phỏng tại trạm Bản Củng 44

Bảng 2.10: Bộ thông số mô hình của các lưu vực Mường Tè – Lai Châu 45

Bảng 2.11: Kết quả mô phỏng tại trạm Lai Châu 46

Bảng 2.12: Kết quả kiểm định mô hình tại trạm Nậm Giàng 48

Bảng 2.13 Kết quả kiểm định mô hình tại trạm Bản Củng 49

Bảng 2.14 Kết quả kiểm định mô hình tại trạm Lai Châu 51

Bảng 3.1: Số liệu đầu vào tính hệ số Muskingum 53

Bảng 3.2: Hệ số diễn toán muskingum 56

Bảng 3.3 Số liệu đầu vào 57

Bảng 3.4 Mực nước đón lũ cho phép 57

Bảng 3.5: Ngưỡng cắt lũ cho ba hồ năm 2014 57

Bảng 3.6: Các hàm điều tiết liên hồ chứa năm 2014 58

Bảng 3.7 : Hiệu quả giảm lũ khi hồ chứa Lai Châu vận hành cắt lũ 59

Bảng 3.7 : Hiệu quả giảm lũ khi hồ chứa Sơn La vận hành cắt lũ 60

Bảng 3.9 : Hiệu quả giảm lũ khi hồ chứa Hoà Bình vận hành cắt lũ 61

Bảng 3.10: Hiệu quả giảm lũ vận hành cắt lũ ở trạm Bến Ngọc 62

Bảng 3.11 Các đặc trưng thống kê chuỗi Qmax đỉnh (1956-2002) 64

Bảng 3.12: Tần suất đỉnh lũ thiết kế: 65

Bảng 3.13: Ngưỡng lưu lượng Q cắt lũ các hồ chứa 66

Bảng 3.14: Các hàm điều tiết liên hồ chứa năm 1971 ( P=0.1%) 66

Bảng 3.15 : Hiệu quả giảm lũ khi hồ chứa Lai Châu vận hành cắt lũ 67

Bảng 3.16 : Hiệu quả giảm lũ khi hồ chứa Sơn La vận hành cắt lũ 68

Bảng 3.17 : Hiệu quả giảm lũ khi hồ chứa Hoà Bình vận hành cắt lũ 69

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Bản đồ lưu vực sông Đà 3

Hình 1.2: Sơ đồ hệ thống sông Đà trên lãnh thổ Việt Nam 13

Hình 1.3 : Bản đồ vị trí các trạm thuỷ văn trên lưu vực sông Đà 14

Hình 14: Đập thuỷ điện Lai Châu 19

Hình 1.5: Đập thuỷ điện Sơn La 20

Hình 1.6: Đập thuỷ điện Hoà Bình 21

Hình 2.1: Quá trình lũ đến và xả lũ của hồ chứa 23

Hình 2.2: Sơ đồ tổng quát các môdun của mô hình HEC-ResSim 24

Hình 2.3: Cửa sổ làm việc 25

Hình 2.4: Dạng bản đồ dùng được cho Hec Ressim 27

Hình 2.5: Cấu trúc mô hình NAM 31

Hình 2.6 Sơ đồ các bước tính toán phân chia các lưu vực bộ phận 39

Hình 2.7 Kết quả phân chia tiểu lưu vực trên sông Đà 37

Hình 2.8 Phân vùng ảnh hưởng của các trạm đo mưa trên lưu vực sông Đà Hình 41

Hình 2.9 Đường quá trình lưu lượng tính toán và thực đo trạm Nậm Giàng năm 2004 42

Hình 2.10: Đường quá trình lưu lượng tính toán và thực đo trạm Bản Củng năm 2004 43

Hình 2.11: Đường quá trình lưu lượng tính toán và thực đo trạm Lai Châu năm 2004 45

Hình 2.12: Đường quá trình lưu lượng tính toán và thực đo trạm Nậm Giàng năm 2005 47

Hình 2.13: Đường quá trình lưu lượng tính toán và thực đo trạm Nậm Giàng 2007 47

Hình 2.14 Đường quá trình lưu lượng tính toán và thực đo trạm Bản Củng 2005 48

Hình 2.15 Đường quá trình lưu lượng tính toán và thực đo trạm Bản Củng 2007 49

Hình 2.16: Đường quá trình lưu lượng tính toán và thực đo trạm Lai Châu 2005 50

Hình 2.17: Đường quá trình lưu lượng tính toán trạm Lai Châu 2007 50

Hình 3.1 : Sơ đồ mạng lưới hệ thống trạm khu vực nghiên cứu 52

Hình 3.2: Mạng lưới sông Đà trường hợp không có hồ chứa 54

Hình 3.3: Diễn toán muskingum tại nút kiểm tra Tạ Bú 55

Hình 3.4: Diễn toán muskingum tại nút kiểm tra Hoà Bình 55

Hình 3.5 : Mạng lưới liên hồ chứa bậc thang Lai Châu, Sơn La, Hoà Bình 59

Hình 3.6 : Kết quả điều tiết hồ Lai Châu 59

Hình 3.7: Kết quả điều tiết hồ Sơn La 60

Hình 3.8: Kết quả điều tiết hồ Hoà Bình 61

Hình 3.9 : Kết quả quá trình lưu lượng điều tiết tại Bến ngọc 62

Hình 3.10: Đường tần suất đỉnh lũ tuyến Lai Châu 64

Hình 3.11 : Kết quả điều tiết hồ Lai Châu 67

Hình 3.12: Kết quả điều tiết hồ Sơn La 68

Hình 3.13 Kết quả điều tiết hồ Hoà Bình 69

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Để tăng cường điều hòa dòng chảy, nhiều công trình thủy lợi, đặc biệt là công trình hồ chứa đã được xây dựng nhằm phục vụ đời sống và sản xuất cũng như phòng, chống, giảm nhẹ thiên tai Các công trình này đã góp phần quan trọng trong việc đạt được những thành tựu về phát triển kinh tế - xã hội của Việt Nam trong thời gian qua Và thực tế hiện nay, Sông Đà không chỉ có ý nghĩa đối với sự phát triển kinh tế - xã hội của các tỉnh Tây Bắc, mà còn có vai trò rất quan trọng đối với các tỉnh vùng Đồng bằng sông Hồng, trong đó có thủ đô Hà Nội, đặc biệt là trong phòng chống và giảm nhẹ thiên tai, lũ lụt Tiềm năng thuỷ điện của lưu vực sông Đà chiếm trên 50% tiềm năng thuỷ điện cả nước và là một nguồn tài nguyên thủy điện lớn cho ngành công nghiệp điện Việt Nam Năm 1994, khánh thành Nhà máy Thủy điện Hoà Bình có công suất 1.920 MW với 8 tổ máy Năm 2012 khánh thành nhà máy thủy điện Sơn La với công suất lắp máy 2.400 MW Dự kiến nhà máy Thủy điện Lai Châu sẽ phát điện tổ máy cuối vào năm 2016, hoàn thành công trình vào năm 2017 ở thượng nguồn con sông này Hệ thống bậc thang thuỷ điện sông Đà đang dần đi vào hoàn chỉnh[6]

Với lượng nước rất phong phú nhưng dòng chảy trên lưu vực sông Đà phân phối không đều trong năm, mùa lũ lượng dòng chảy rất lớn dẫn đến thừa nước gây

ra lũ lụt, mùa cạn lượng dòng chảy nhỏ dẫn đến thiếu nước dùng Do đó, vai trò các

hồ chứa Lai Châu, Sơn La, Hoà Bình rất quan trọng trong việc trữ nước vào mùa nhiều nước và tăng lưu lượng vào màu khô so với lưu lượng tự nhiên nhằm điều hoà dòng chảy theo thời gian Vì vậy, việc tính toán điều tiết cho hồ chứa Lai Châu (đang thi công), kết hợp với quy trình điều tiết của hồ chứa Sơn La, Hoà Bình (đang hoạt động) trên lưu vực sông Đà để điều tiết phòng lũ cho hạ du là rất cần thiết Với mong muốn vận dụng các kiến thức đã học về nghành Thủy văn, đặc biệt là chuyên ngành Tính toán Thủy văn và mô hình toán em đã lựa chọn đề tài nghiên cứu :

“Nghiên cứu áp dụng mô hình Hec Ressim tính toán điều tiết lũ hệ thống ba hồ chứa Lai Châu, Sơn La, Hoà Bình trên lưu vực sông Đà”

2 Mục tiêu nghiên cứu

2.1 Mục tiêu chung

Tìm ra các bước xây dựng quy trình điều tiết liên hồ chứa từ công cụ tính toán là

mô hình Hec Ressim một cách khoa học nhằm đưa ra một quy trình điều tiết liên hồ

có cơ sở khoa học chặt chẽ, hy vọng mang lại hiệu quả về phòng chống và giảm nhẹ thiên tai do lũ gây ra cho vùng hạ du, đặc biệt là thủ đô Hà Nội

2.2 Mục tiêu cụ thể

- Tìm hiểu điều kiện địa lý tự nhiên khu vực và các hồ chứa Lai Châu, Sơn La, Hoà Bình trên lưu vực sông Đà

- Thử nghiệm mô hình Hec Ressim để mô phỏng hệ thống ba hồ chứa Lai Châu, Sơn La, Hoà Bình, tính toán điều tiết để đưa ra kịch bản phòng lũ và quy trình vận hành liên hồ chứa trên lưu vực sông Đà

3 Thời gian, đối tượng, phạm vi nghiên cứu

- Thời gian nghiên cứu: 10 tuần

- Đối tượng nghiên cứu: Các hồ chứa Lai Châu, Sơn La, Hoà Bình

- Phạm vi nghiên cứu: hồ chứa Lai Châu xã Nậm Hàng huyện Mường Tè, tỉnh Lai Châu; hồ chứa Sơn La xã Ít Ong, huyện Mường La, tỉnh Sơn La; hồ chứa Hoà Bình tỉnh Hòa Bình

4 Phương pháp luận và phương pháp nghiên cứu:

- Phương pháp điều tra và thu thập số liệu để có được đầy đủ số liệu cần cho tính

toán

- Phương pháp thống kê xác suất để xác định đặc trưng khí tượng thuỷ văn

- Phương pháp sử dụng mô hình toán để để mô phỏng hoạt động của hệ thống cũng như xây dựng công nghệ diễn toán và dự báo hỗ trợ

5 Nội dung nghiên cứu

Nội dung chính của đồ án được trình bày trong 3 chương:

Chương 1: Đặc điểm địa lý tự nhiên xã hội lưu vực sông Đà

Chương 2: Tính toán xử lý số liệu làm đầu vào cho mô hình Hec Ressim

Chương 3: Nghiên cứu ứng dụng mô hình Hec Ressim tính toán điều tiết lũ hệ

thống hồ chứa lưu vực sông Đà